2.1简谐运动 课后练习-2021-2022学年高二上学期物理粤教版（2019）选择性必修第一册（Word含答案）

第二章机械振动第一节简谐运动课后练习2021_2022学年高二物理上学期（粤教版2019选择性必修第一册）
练习
一、单选题，共10小题
1．物体做下列运动时，加速度和速度方向的关系表述正确的是（　　）
A．简谐运动中加速度与速度始终同向
B．竖直上抛运动中加速度与速度始终同向
C．匀速圆周运动中加速度方向与速度方向始终垂直
D．自由落体运动中加速度与速度方向可以相同、也可以相反
2．一轻质弹簧一端固定在竖直墙壁上，另一自由端位于O点，现用一滑块将弹簧的自由端（与滑块未拴接）从O点压缩至A点后由静止释放，运动到B点停止，如图所示．滑块自A运动到B的v﹣t图象，可能是下图中的（ ）
A． B．
C． D．
3．下列有关简谐振动说法不正确的是（ ）
A．做简谐振动的物体，受到的回复力的方向总是指向平衡位置
B．平衡位置就是加速度为零的位置
C．弹簧振子振动过程中动能和弹性势能相互转化，系统总机械能守恒
D．弹簧振子振动过程中，弹性势能增加时，弹簧的长度可能变短
4．对水平弹簧振子，下列说法正确的是(　　)
A．每次通过同一位置时，其速度不一定相同，但加速度一定相同
B．通过平衡位置时，速度为零，加速度最大
C．每次通过平衡位置时，加速度相同，速度也一定相同
D．若位移为负值，则速度一定为正值，加速度也一定为正值
5．下列说法中正确的是：（ ）
A．弹簧振子的运动是简谐运动 B．简谐运动就是指弹簧振子的运动
C．简谐运动是匀变速运动 D．单摆简谐运动的回复力是重力和拉力的合力
6．弹簧振子在做简谐振动的过程中，振子通过平衡位置时 ( )
A．速度值最大 B．回复力的值最大
C．加速度值最大 D．位移最大
7．关于简谐运动的位移、加速度和速度的关系，下列正确的是
A．位移减小时，加速度增大，速度增大
B．位移方向总和加速度方向相反，和速度方向总相同
C．物体的速度增大时，加速度一定减小
D．物体向平衡位置运动时，速度方向和位移方向相同
8．弹簧振子以O点为平衡位置，在水平方向上的A、B两点间做简谐运动，以下说法正确的是 (　　 )
A．振子在A、B两点时的速度和加速度均为零
B．振子在通过O点时速度的方向将发生改变
C．振子的加速度方向总跟速度方向相反
D．振子离开O点运动总是减速运动，靠近O点的运动总是加速运动
9．简谐振动属于以下哪种运动（　　）
A．匀速直线运动 B．匀变速直线运动
C．非匀变速运动 D．以上运动都可能
10．下列运动中不属于机械振动的是（ ）
A．树枝在风的作用下运动 B．竖直向上抛出的物体的运动
C．说话时声带的运动 D．爆炸声引起窗扇的运动
二、多选题，共5小题
11．下列说法中正确的是
A．简谐运动的回复力不可能是恒力
B．当声源静止、观察者运动时，一定能观察到多普勒效应
C．双缝干涉实验中双缝作用是形成相干波
D．物体做受拍振动时的频率由固有频率决定
12．弹簧振子做简谐运动，以下说法正确的是（　　）
A．若位移为负，则速度和加速度必为正
B．若位移为正，则加速度必为负，速度可正可负
C．振子每次通过同一位置时，加速度和速度都分别相同
D．振子每次通过同一位置时，加速度相同，速度不一定相同
13．关于简谐运动的理解，下列说法中正确的是（　　）
A．简谐运动是匀变速运动
B．位移减小时，加速度减小，速度增大
C．位移的方向总跟加速度的方向相反，跟速度的方向相同
D．物体运动方向指向平衡位置时，速度方向与位移方向相反；背离平衡位置时，速度方向与位移方向相同
14．如图所示，一弹簧振子做简谐运动，下列说法正确的是（　　）
A．若位移为负值，则加速度一定为正值
B．振子通过平衡位置时，速度为零，位移最大
C．振子每次经过平衡位置时，位移相同，速度也一定相同
D．振子每次通过同一位置时，其速度不一定相同，但位移一定相同
三、填空题，共3小题
15．物体在某一中心位置_________所做的_______叫做机械振动，其中心位置又称______.
16．弹簧振子
（1）机械振动：物体或物体的一部分在一个位置附近的_____运动，简称振动。
（2）弹簧振子：_____和弹簧组成的系统。
17．判断下列说法的正误。
（1）小鸟飞走后树枝的往复运动不是机械振动。（____）
（2）弹簧振子同质点一样都是理想化模型。（____）
（3）弹簧振子的x－t图像的曲线就是它的运动轨迹。（____）
（4）弹簧振子的位移是从平衡位置指向振子所在位置的有向线段。（____）
（5）简谐运动的图像表示质点振动的轨迹是正弦曲线。（____）
（6）振动图像中弹簧振子的位移－5 cm小于1 cm。（____）
18．特点：简谐运动是最简单、最基本的振动，弹簧振子的运动就是________。
四、解答题，共2小题
19．自然界真是奇妙，微观世界的规律竟然与宏观运动规律存在相似之处．在长期的科学探索实践中，人类已经建立起各种形式的能量概念以及度量方法，其中一种能量是势能，势能是有由于物体间存在相互作用而具有的、由物体间相对位置决定的能．如重力势能，弹性势能，分子势能和电势能等．
（1）可以认为蹦极运动中的弹性绳的弹力的变化规律和弹簧相同，k为其劲度系数，l0为弹性绳的原长．
a．游客相对蹦极平台的位移为x，弹性绳对游客的弹力为F，取竖直向下为正方向，请在图中画出F随x变化的示意图，并借助F-x图像推导当游客位移为x（x>l0）时，弹性绳弹性势能EP的表达式；
b．已知l0=10m，k=100N/m，蹦极平台与地面间的距离D=55m．取重力加速度g=10m/s2．计算总质量M=160kg的游客使用该蹦极设施时距离地面的最小距离．
（2）如图甲所示，a、b为某种物质的两个分子，假设分子a固定不动，分子b只在ab间分子力的作用下运动（在x轴上），以a为原点，沿两分子连线建立x轴．两个分子之间的作用力与它们之间距离x的F-x关系图线如图乙所示．图线在r0处的斜率为k，当分子b在两分子间距r0附近小范围振动时．
a．弹簧、橡皮筋等弹性物质，大多有“弹性限度”，在“弹性限度”范围遵守胡克定律，请结合图乙从微观尺度上谈谈你对“弹性限度”范围的理解．说明在“弹性限度”范围内，微观层面上分子b的运动形式；
b．推导两分子间距为x（x>r0）时，两分子间分子势能EP的表达式；当两分子间距离为r0时，b分子的动能为Ek0．求两分子在r0附近小范围振动时的振动范围．当温度小范围升高时，热运动加剧，A同学认为分子振动范围变大，B同学认为分子振动频率变大，哪位同学的观点正确？
20．把图中倾角为的光滑斜面上的小球沿斜面拉下一段距离，然后松开。假设空气阻力可忽略不计，试证明小球的运动是简谐运动。
试卷第1页，共3页
参考答案
1．C
【详解】
A．简谐运动中，当振子做加速运动时，加速度和速度方向相同，当做减速运动时，加速度个速度方向相反。故A错误；
B．竖直上抛运动中，上升阶段，加速度与速度方向相反。故B错误；
C．匀速圆周运动中加速度方向与速度方向始终垂直，只改变物体的速度方向。故C正确；
D．自由落体运动中加速度与速度方向相同，均为竖直向下。故D错误。
故选C。
2．D
【详解】
解：滑块的运动情况：从A到O的过程：先做加速度减小的变加速运动，后做加速度反向增大变减速运动；从O到B过程，物体做匀减速直线运动．根据速度图线的斜率表示加速度可知，图线的斜率先减小，后反向增大，再不变．
故选D
【点评】本题是速度图象问题，关键在于分析滑块的运动情况，并抓住斜率表示加速度来选择．
3．B
【解析】
试题分析：根据简谐振动的概念可知，做简谐振动的物体，受到的回复力的方向总是指向平衡位置，选项A正确；回复力为零的位置是简谐运动的平衡位置，不一定就是加速度为零的位置，例如单摆在平衡位置时加速度不为零，选项B错误；弹簧振子振动过程中动能和弹性势能相互转化，系统总机械能守恒，选项C正确；弹簧振子振动过程中，弹性势能增加时，弹簧的长度可能变短，选项D正确；故选B.
考点：简谐振动
【名师点睛】此题考查了简谐振动的特点；知道简谐运动过程振子的各物理量如何变化，即可正确解题，同时要知道几种特殊的简谐振动，例如弹簧振子及单摆等；注意区别简谐振动的恢复力和合外力的不同；本题难度不大，是一道基础题
4．A
【详解】
A．弹簧振子的运动具有重复性，经过任意位置（除最大位移处）速度有来回两个相反的方向，所以经过同一位置速度不一定相同，但加速度一定相同，故A正确；
B．振子每次通过平衡位置时，速度最大，加速度为零，故B错误；
C．振子每次通过平衡位置时，加速度为零，故相同；但速度有两个相反的方向，不一定相同，故C错误；
D．若位移为负值，则速度可正可负还可以为零，故D错误。
故选A。
5．A
【详解】
A、弹簧振子的运动是种周期性的往返运动，属于简谐运动；故A正确.
B、简谐运动并不只是弹簧振子的运动；单摆的运动也可以看作是简谐运动；故B错误.
C、简谐运动的加速度随物体位置的变化而变化，不是匀变速运动；故C错误.
D、单摆做简谐运动的回复力由重力沿摆球运动轨迹切向的分力提供，故D错误.
故选A.
【点睛】
本题考查简谐运动的性质，要注意明确简谐运动中的受力、位移及速度均随时间做周期性变化．
6．A
【详解】
弹簧振子在做简谐运动的过程中，振子通过平衡位置时，弹性势能最小，动能最大，故速度最大，A正确；弹簧振子在做简谐运动的过程中，振子通过平衡位置时，位移为零，根据，回复力为零，根据，加速度为零，BCD错误．
7．C
【详解】
A、位移x减小时,加速度 也减小;振子衡位置,故速度增加,故A错;
B、位移方向总跟加速度方向相反.质点经过同一位置,位移方向总是由平衡位置指向质点所在位置,而速度方向两种,可能与位移方向相同,也可能与位移方向相反,故B错误;
C、物体的速度增大时,运动方向指向平衡位置,位移逐渐减小,所以加速度一定减小,所以C选项是正确的;
D、物体运动方向向平衡位置时,位移方向离开平衡位置,速度方向跟位移方向相反;故D错误;
故选C
【点睛】
简谐运动的位移是指质点离开平衡位置的位移,方向从平衡位置指向质点所在位置.当质点背离平衡位置时,位移增大,速度减小,加速度增大,加速度方向总是与位移方向相反,指向平衡位置,质点做非匀变速运动.当质点衡位置时,位移减小,速度增大,加速度减小.
8．D
【详解】
弹簧振子以O点为平衡位置，在水平方向上的A、B两点间做简谐运动，故A、B为最大位移处，速度为零，而加速度最大，故A选项错误；振子在通过O点时速度的方向不发生改变，故B选项错误；由简谐运动规律的定义振子的加速度方向总跟位移的方向相反，跟振子的运动方向有时相同，有时相反，故C选项错误；振子离开O点运动后的运动方向与加速度方向相反，故为减速运动，振子靠近O点的运动方向与加速度方向相同故为加速运动，所以D选项正确．
9．C
【详解】
A．简谐运动的速度是变化的，不可能是匀速直线运动，故A错误；
BCD．简谐运动物体的速度随时间也周期性变化，回复力和加速度随时间作周期性变化，是非匀变速运动，故C正确，BD错误。
故选C。
10．B
【详解】
物体（或物体的某一部分）在某一位置附近的往复运动称为机械振动，树枝的运动、声带的运动以及窗扇的运动均是在其平衡位置附近的振动，只有竖直向上抛出的物体的运动不是在其平衡位置附近的振动。
故选B。
11．AC
【详解】
A．简谐运动的回复力随位移的变化而变化，则不可能是恒力，选项A正确；
B．当声源静止、观察者靠近或者远离声源时，才能观察到多普勒效应，选项B错误；
C．双缝干涉实验中双缝作用是形成相干波，选项C正确；
D．物体做受迫振动时的频率由驱动力的频率决定，与固有频率无关，选项D错误．
12．BD
【详解】
A．若位移为负，由
可知加速度a一定为正，因为振子每次通过同一位置时，速度可能在两种不同的方向，所以速度方向不一定为正，故A错误；
B．若位移为正，由
可知加速度a一定为负，因为振子每次通过同一位置时，速度可能在两种不同的方向，所以速度可正可负，故B正确；
CD．振子每次通过同一位置时，位移一定相同，则加速度一定相同，由于速度方向不一定相同，则速度不一定相同，故C错误，D正确；
故选BD。
【点睛】
本题考查对描述简谐运动的物理量：速度、加速度、位移特点的理解和掌握程度。关键抓住位移的起点是平衡位置，知道简谐运动的特征。
13．BD
【详解】
A．简谐运动受到的回复力是变力，所以简谐运动不是匀变速运动，A错误。
B．当位移减小时，回复力减小，则加速度减小，物体向平衡位置运动，速度增大，B正确。
CD．回复力与位移方向相反，故加速度和位移方向相反，但速度与位移方向可以相同，也可以相反；物体运动方向指向平衡位置时，速度方向与位移方向相反；背离平衡位置时，速度方向与位移方向相同，C错误，D正确。
故选BD。
14．AD
【详解】
A．振子受的力指向平衡位置，振子的位移为负值时，受到的力为正值，振子的加速度为正值，故A正确；
B．当振子通过平衡位置时，位移为零，速度最大，故B错误；
C．振子每次通过平衡位置时，速度大小相等，方向不一定相同，但位移相同，故C错误；
D．振子每次通过同一位置时，位移相同，速度大小一样，但速度方向可能相同，也可能不同，故D正确。
故选AD。
15．两侧 往复运动 平衡位置
【详解】
[1][2]物体（或物体的一部分）在某一中心位置的两侧所做的往复运动叫做机械振动；
[3]中心位置又称平衡位置，即当物体不再做往复运动时，最终停下来的位置。
16．往复 小球（或物体）
【详解】
略
17．错误 正确 错误 正确 错误 错误
【详解】
略
18．简谐运动
【详解】
略
19．（1）a． b．（2）a．弹力是分子力的宏观表现，从微观尺度上看，只有在r0附近，分子力才和分子偏离r0的距离成正比，宏观上表现为“弹性限度”范围．简谐运动b．振动范围温度升高，Ek0增大，振动范围增大，频率不变．
【详解】
解：(1)a．设弹性绳的原长为，根据胡克定律则有，弹性绳对游客的弹力随游客位移变化关系的图线如图所示
在图中，图线与轴所围面积表示弹力做的功，则在游客位从变为的过程中，弹力做的功：
所以弹性绳的弹性势能：
b．设游客从蹦极平台第一次到达最低点的距离为，在此过程中，根据机械能守恒定律：
解得：或（舍）
(2)a．弹力是分子力的宏观表现，从微观尺度上看，只有在附近，分子力才和分子偏离的距离成正比，宏观上表现为“弹性限度”范围；
在“弹性限度”范围内，微观层面上分子的运动形式为简谐运动；
b．根据，可得振动范围
温度升高，增大，振动范围增大，频率不变．
20．F= kx，小球的运动是简谐运动
【详解】
证明：设小球处于平衡位置时弹簧伸长x0，则有
mgsinθ=kx0
小球由平衡位置被拉伸x时，受到的合力为F，则有
F=k（x+x0） mgsinθ
解得
F=kx
F与x的方向相反，所以有
F= kx
小球的运动是简谐运动。
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